3000ta食品級(jí)液體二氧化碳生產(chǎn)裝置

1、3000t_a食品級(jí)液體二氧化碳生產(chǎn)裝置2006年第27卷第4期氮肥技術(shù)413000t/a食品級(jí)液體二氧化碳生產(chǎn)裝置m青孔慶民張寧寧侯立剛（山東飛達(dá)化工科技有限公司泰安271400）摘要效益。關(guān)鍵詞食品級(jí)CO2低壓工藝凈化在線分析效益簡(jiǎn)述了利用合成氨生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用低壓法生產(chǎn)工藝，回收氣體co2,制造食品級(jí)液體CO2的工藝概況和綜合公司經(jīng)過(guò)多年幾度技術(shù)改造，現(xiàn)已擁有合成氨12X104t/a、尿素18X104t/a、甲醇3X104t/a、碳酸氫鉉4X104t/a、食品級(jí)液體二氧化碳3000t/a.橡膠防老劑5000t/a,聚丙烯成合劑200t/a的裝置能力。內(nèi)對(duì)食品級(jí)CO2的需求量將達(dá)到100

2、0X104t以上。（2）煙草行業(yè)煙草行業(yè)原來(lái)使用氟利昂膨化煙絲，隨著環(huán)保要求的提高，以及對(duì)食品添加劑的嚴(yán)格要求，為食品級(jí)CO2進(jìn)入煙草行業(yè)提供了很大的機(jī)遇，液體食品級(jí)CO2用于煙絲膨化，可使每箱香煙節(jié)約2.5kg原料煙絲，而且煙絲膨化質(zhì)量也有很大的提前較多煙廠已于200I年將氟利昂膨化設(shè)備改造成C02膨化設(shè)備，卷煙行業(yè)以年產(chǎn)2000萬(wàn)箱計(jì)算，每年約需C02260X104to（3）防腐保鮮蔬菜、水果和真正綠色食品的推廣，在食品、水產(chǎn)品的防腐保穌糧食的殺蟲(chóng)與貯存等方面為食品級(jí)CO2提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域。貯存速凍食品、航空食品、長(zhǎng)短冷藏運(yùn)輸，攝影棚及舞臺(tái)煙幕效果，電子零件及金屬制冷，醫(yī)療冷凍等均已大量

3、使用食品級(jí)CO2或制成干冰。（4）CO2超臨界萃取技術(shù)食CO2為萃取劑的超臨界萃取技術(shù)，在中藥、品、香料、石油化工、生物化工和環(huán)境化工等方面取得了突破性發(fā)展，CO2超臨界萃取作為一項(xiàng)新興、低成本、易分離的萃取技術(shù)將會(huì)受到越來(lái)越多人們的青睞。1背景我國(guó)是能源最大的消費(fèi)國(guó)，也是能源浪費(fèi)最大的國(guó)家。據(jù)相關(guān)資料介紹，高耗能、低效應(yīng)使得中國(guó)的能源以煤炭消我們GDP的成本居高不下。費(fèi)為主，其比重為75%,石油約占17%,水電約核電約占0.4%。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占5%,天然氣、低效、高污染能源占相當(dāng)?shù)谋戎兀娔?、石油、天然氣等高效清潔能源所占比例太小，這樣的結(jié)構(gòu)不僅造成大量的能源浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境也造成極大的污

4、染。我國(guó)是當(dāng)今世界上能源結(jié)構(gòu)以煤炭為基礎(chǔ)的少數(shù)國(guó)家之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了世界能源結(jié)構(gòu)以油、氣為發(fā)展趨勢(shì)的主流。煤炭的生產(chǎn)能力不是可以任意提高的，當(dāng)煤炭年產(chǎn)量超過(guò)極限時(shí)，煤炭的開(kāi)發(fā)難度加入成本進(jìn)一步提高；安全生產(chǎn)時(shí)時(shí)令人擔(dān)憂(yōu)可持續(xù)增長(zhǎng)難免成問(wèn)題。國(guó)家提出的科學(xué)發(fā)展觀及國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展精神，其中能源的循環(huán)利用是一個(gè)重要的方面。1.1食品級(jí)C02的主要用途（1）飲料和啤酒行業(yè)該行業(yè)是食品級(jí)CO2的主要市場(chǎng)。目前我國(guó)1.2國(guó)外工業(yè)美國(guó)是世界上C02最大的生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，飲料和啤酒消費(fèi)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，人均只有共有90余套生產(chǎn)裝置，其生產(chǎn)能力為800X制氫廠、石化廠和天104t/a：主要原料為合成氨廠、然

5、氣加工廠副產(chǎn)回收的C02。美國(guó)46.8%的CO2用于食品的冷卻、冷藏、研磨和惰化，19.5%用于飲料碳酸化，11%用于油井氣井操作，9.6%用于碳酸鹽、青霉素的生產(chǎn)及冷卻，4.9%用于焊接、冷5kg/a,而美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家人均達(dá)到150kg/a以上。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道美國(guó)在20世紀(jì)80年代CO2的需求量已達(dá)到400X104t/ao隨著我國(guó)人民生活水平的日益提高，預(yù)計(jì)對(duì)食品級(jí)CO2的需求量也將大幅增加。若按美國(guó)現(xiàn)行人均消費(fèi)水平，我國(guó)在5年42氮肥技術(shù)2006年第27卷收縮裝配等金屬加工，8.2%用于滅火劑、氣霧劑等其它方面。日本CO2的生產(chǎn)能力為116X104t/a。C02氣體來(lái)源大致有五種：重油脫硫、制

6、氫工廠的副產(chǎn)氣、高爐煉鐵副產(chǎn)氣、石化廠副產(chǎn)氣、酒廠副產(chǎn)啤氣。主要用于cO2氣體保護(hù)焊接、碳酸飲料、酒、冷藏食品、冷凍和煉鋼（轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉技術(shù)）等。西歐CO2消費(fèi)量為200X104t/a,其中液體開(kāi)發(fā)利用CO2資源，變廢為寶的考慮，決定建設(shè)食品級(jí)二氧化碳項(xiàng)目。2技術(shù)方案項(xiàng)目確定后，公司組織一個(gè)技術(shù)小組，全面負(fù)責(zé)此課題的論證工作。2.1方案選擇目前，二氧化碳的制取方法可分為兩種，分別為:（1）化學(xué)法：一類(lèi)是化學(xué)合成，另一類(lèi)是化學(xué)吸收。（2）物理法：有物理吸收法、變壓吸附法和膜分離法等。在以煤（或焦）為原料，生產(chǎn)合成氨或甲醇過(guò)程中，不可避免的伴生一定量的C02,經(jīng)分離回收可作為一種C02資源。食品液

7、體CO2生產(chǎn)方法一般分為高壓法（8.0MPa）、中壓法（4.0MPa）和低壓法（1.6MPaC02占80%以上，主要用于飲料碳酸化和食品加工，占68%；其次是焊接，占8%：其它占24%。固體C02大約占19%,用于運(yùn)輸冷凍，在西歐，德國(guó)CO2產(chǎn)量最大，有31家液體CO2工廠，主要利用天然氣井分離的C02o近年來(lái)，美國(guó)的CO2產(chǎn)量基本上維持穩(wěn)定水平，口本每年則以8%10%的速度增長(zhǎng)，西歐CO2市場(chǎng)今后幾年消費(fèi)增長(zhǎng)速度每年在4%8%。70年代初，我國(guó)商業(yè)用液體C02和干冰的年產(chǎn)量在20X103t左右；80年代初期，我國(guó)合成氨廠、酒精廠開(kāi)始回收排放的CO2,生產(chǎn)規(guī)模均在3000t/a以下，基本上是自

8、產(chǎn)自用或以銷(xiāo)定產(chǎn)。國(guó)內(nèi)CO2產(chǎn)銷(xiāo)量不足30X103t/ae80年代末期，國(guó)內(nèi)C02產(chǎn)銷(xiāo)量迅速攀升到200X103t/a,市場(chǎng)已經(jīng)初具規(guī)模：進(jìn)入90年代，隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的多元化發(fā)展，國(guó)內(nèi)cO2需求量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)，生產(chǎn)能力近600X103t/a,由于市場(chǎng)需求量的快速增長(zhǎng)，世界眾多氣體生產(chǎn)廠商先后在我國(guó)投資。2.5MPa)oC02在常壓常溫下為無(wú)色無(wú)味的氣體，氣態(tài)C02加壓到一定壓力并進(jìn)行冷卻，可變成液體c02oCO2液化溫度隨壓力的降低而降低，8.0MPa下液化溫度37,4.OMPa下液化溫度5,2.5MPa下液化溫度-12C,1.6MPa下液化溫度一25目前國(guó)外普遍采用低壓法生產(chǎn)液體CO2,

9、這是因?yàn)槭称稢O2和工業(yè)CO2的純度要求越來(lái)越高，很多用戶(hù)要求純度在99.9%以上，用高壓法和中壓法生產(chǎn)很難滿(mǎn)足純度要求。另一方面，隨著CO2的用量日趨增大，使用鋼瓶貯運(yùn)，容量小，運(yùn)費(fèi)高，很不經(jīng)濟(jì)，廣泛采用槽車(chē)運(yùn)輸，而槽干的工作壓力和溫度可與低壓法生產(chǎn)C02貯槽相匹配。高壓法和中壓法還存在投資高，電耗高，貯存不安全等缺點(diǎn)，已逐步為低壓法所取代。國(guó)內(nèi)液體CO2生產(chǎn)裝置過(guò)去多采用高壓法，低壓法只能用于啤酒廠回收CO2,一般規(guī)模較小，生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備依賴(lài)進(jìn)口，現(xiàn)在低壓法已實(shí)現(xiàn)全部國(guó)產(chǎn)化，價(jià)格僅為國(guó)外設(shè)備的1/3,最大規(guī)模已達(dá)到2t/ho該項(xiàng)目采用低壓法工藝生產(chǎn)，純度高達(dá)1 .3國(guó)內(nèi)趨勢(shì)目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需

10、求量增長(zhǎng)速度為15%2 0%,2000年國(guó)內(nèi)的C02市場(chǎng)需求量已達(dá)到760860X103t/a,產(chǎn)能與市場(chǎng)需求矛盾日顯突出。目前，合成氨行業(yè)，一般都有大量的CO2被閑置，CO2是造成“溫室效應(yīng)”的罪贓禍?zhǔn)?，同時(shí)又是用途非常廣泛的原料，應(yīng)當(dāng)如以利用。綜上所述，隨著CO2應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)人，C02的工業(yè)需求和食品需求將會(huì)大幅度提高，市場(chǎng)前景十分廣闊。所以，合成氨企業(yè)利用自身優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)食品級(jí)CO2兼產(chǎn)工業(yè)級(jí)CO2,是使企業(yè)多種經(jīng)營(yíng)、降低生產(chǎn)成本、增加企業(yè)效益的一種有效途徑。排放多余CO2,不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，又浪費(fèi)了大量CO2資源。所以，公司根據(jù)大發(fā)展、快發(fā)展、建設(shè)經(jīng)濟(jì)的總體要求，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，綜合

11、9 9.9%以上，除達(dá)到國(guó)內(nèi)食品CO2標(biāo)準(zhǔn)外，還能滿(mǎn)足百事可樂(lè)公司的質(zhì)量要求，可為用戶(hù)提供汽車(chē)槽不和鋼瓶?jī)煞N充裝設(shè)施?？紤]到一級(jí)氨壓縮機(jī)所達(dá)到的制冷溫度和裝置內(nèi)c02貯槽與汽車(chē)槽相匹配等問(wèn)題，系統(tǒng)壓力采用2.5MPao公司尿素流程中設(shè)碳丙脫碳，CO2有較大富第4期田青，等：3000t/a食品級(jí)液體二氧化碳生產(chǎn)裝置43余量，除去閃蒸部分，實(shí)際可利用的CO2約行脫除，其原理同一級(jí)脫硫。該工序是將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)硫并進(jìn)一步脫硫，將中壓蒸汽（1.3MPa）進(jìn)行減壓，降低蒸汽壓力以滿(mǎn)足二級(jí)脫硫所需的反應(yīng)溫度，生產(chǎn)中根據(jù)指示溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。維護(hù)好壓縮機(jī)使各級(jí)壓力、溫度控制在指標(biāo)內(nèi)。（4）產(chǎn)品干燥產(chǎn)品干燥工序

12、與原料氣干燥系統(tǒng)同樣采用新工藝脫除產(chǎn)品氣中的水分所不同的是吸附劑再生是利用待干燥的半成品氣做載體再生了吸附劑經(jīng)冷卻和分離了水分后再回主氣流一起進(jìn)行干燥。該工序主要是脫除半成品氣中的水。在產(chǎn)品干燥系統(tǒng)中調(diào)節(jié)再生氣量的分配，生產(chǎn)中根據(jù)再生效果調(diào)節(jié)其開(kāi)度以改變?cè)偕鷼饬康拇笮　Ｕ{(diào)節(jié)再生氣加熱蒸汽閥，控制加熱后再生溫度在指標(biāo)范圍之內(nèi)。（5）產(chǎn)品提純產(chǎn)品純化工序采用精例原理利用二氧化碳與其它雜質(zhì)沸點(diǎn)不同而實(shí)現(xiàn)二氧化碳的提純，塔內(nèi)裝有新型不銹鋼金屬壓延板波紋填料，用來(lái)均勻分布由塔中部落下的液體二氧化碳和塔底蒸發(fā)起來(lái)的低沸點(diǎn)物質(zhì)。提純器采用了二次泄壓工藝，兩次泄壓管線間壓差不得0.8MPa,否則將結(jié)“干冰”堵

13、塞管道。提純器頂部冷卻段的冷源有兩種：一種是直接在冷卻段殼程加入液氨進(jìn)行冷卻；另一種是利用塔頂排出的閃蒸氣，經(jīng)節(jié)流降溫至一40C左右進(jìn)行冷卻。2500Nm3/h,考慮市場(chǎng)容量及開(kāi)發(fā)，日前適宜建設(shè)3000t/a的食品級(jí)CO2生產(chǎn)裝置。2.2工藝流程液體CO2生產(chǎn)過(guò)程為CO2氣體壓縮、凈化、干爆液化和充裝。核心技術(shù)是氣體凈化與干燥氣體凈化使用吸附型活性炭，氣體干燥應(yīng)用分子篩干燥劑，工藝流程如下：變換氣脫碳f原料cO2一壓縮一凈化一干燥一液化一提純一槽車(chē)（或充瓶泵一鋼瓶）流程簡(jiǎn)述：來(lái)自脫碳系統(tǒng)的CO2,經(jīng)水分器分離水分后，進(jìn)入無(wú)油潤(rùn)滑C02壓縮機(jī)，壓縮后經(jīng)冷卻除濕后，利用CO2冷凝器出口氣氨的冷量將

14、CO2預(yù)冷至25c以下，經(jīng)過(guò)硅膠干燥塔和分子篩干燥塔進(jìn)行干燥，然后利用液氨將CO2氣體冷卻、冷凝至一25-12C成液態(tài)，利用自身壓力進(jìn)入提純塔提純，成為成品液體CO2,純度299.9%。液體CO2貯槽出口液相管和氣相管分別用專(zhuān)用的軟管接通至槽車(chē)上的液相管和氣相管，開(kāi)動(dòng)槽車(chē)上的輸送泵即可為槽車(chē)罐裝，另一部分液態(tài)CO2經(jīng)充瓶泵加至81OMPa向鋼瓶充裝，該裝置采用液氨作制冷劑。2.3基本原理項(xiàng)目由原料氣預(yù)處理、變壓吸附、精脫硫、產(chǎn)品干燥、產(chǎn)品純化、產(chǎn)品儲(chǔ)存和充瓶六道工序組成。（1）原料氣預(yù)處理一級(jí)脫硫主要是利用活性炭脫除無(wú)機(jī)硫原料氣中的硫化氫與空氣中的氧氣作用生成硫，沉積在活性炭微孔中，其反應(yīng)式為

15、：2.4主要設(shè)備材料選擇項(xiàng)目實(shí)施中，對(duì)主要設(shè)備的設(shè)計(jì)、2H2S+O2=2H2O+2SI（2）原料氣干燥主要是利用吸附劑容量隨溫度的變化而呈現(xiàn)差異的特性在常溫下吸附氣體中的飽和水分：用脫碳?xì)饣蚋稍餁獾脑蠚猓ㄒ话悴挥迷蠚猓┳鲚d體，高溫下脫附水分后再冷卻吸附劑，從而使吸附劑獲得再生。（3）精脫硫及平面布置等均進(jìn)行了優(yōu)化，其主要設(shè)備情況匯總于表1。3項(xiàng)目建設(shè)該項(xiàng)目（為一期工程，屆時(shí)二期工程竣工達(dá)到規(guī)模能力2X104t/a）于2005年7月開(kāi)始先后完成了生產(chǎn)廠房的施工、靜止設(shè)備及轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的招標(biāo)采購(gòu)，抽調(diào)專(zhuān)業(yè)人員去云南、杭州、青島等地進(jìn)行實(shí)地考察。2005-10-08,該項(xiàng)目順利竣工一次性開(kāi)車(chē)成功，拿

16、出合格產(chǎn)品，并投放市場(chǎng)，反映良好。該項(xiàng)目總投資為300萬(wàn)元，其中設(shè)備125萬(wàn)元；基建40萬(wàn)元；設(shè)計(jì)費(fèi)10萬(wàn)元；精脫硫劑16萬(wàn)元；工藝管道54萬(wàn)元；安裝費(fèi)用28萬(wàn)元；防腐保溫12萬(wàn)元；其它費(fèi)用15萬(wàn)元。二級(jí)脫硫主要是利用有機(jī)硫水解催化劑將產(chǎn)品氣中有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫，其反應(yīng)式（有機(jī)硫以cos計(jì)）為：COS+H2O=CO2+H2S三級(jí)脫硫是將二級(jí)脫硫生成的硫化氫進(jìn)44表1序號(hào)食品級(jí)液體CO2裝置主要設(shè)備一覽表名稱(chēng)原料氣再生加熱器加熱器規(guī)格氮肥技術(shù)2006年第27卷從而確保了出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目得以有效控制。數(shù)量（臺(tái)）5效益分析根據(jù)近年來(lái)市場(chǎng)價(jià)格，以食品級(jí)液體CO2銷(xiāo)售12345678910111213141

17、516F=14m2F=5m23Z6.66/100F=20m2F=5.1m2F=15m21121111111211121價(jià)500元/t,單位成本200元/t計(jì)算，年產(chǎn)3000t食品液體C02的裝置：年銷(xiāo)售收入：500X3000=150萬(wàn)元年制造成本：200X3000=60萬(wàn)元年銷(xiāo)售稅金：150X17%=255萬(wàn)元CO2壓縮機(jī)冷卻器產(chǎn)品再生加熱器產(chǎn)品再生冷卻器蒸發(fā)冷凝器提純器中800/200過(guò)冷卻器第一水分離器一級(jí)脫硫器原料氣干燥器制冷機(jī)二級(jí)脫硫器三級(jí)脫硫器產(chǎn)品干燥器V=25m3H=5015F=16m2V=lm3V=l6.3m3V=lm3LGl6AV=5,1m3V=38.6m3V=0.26m31506025.5=645萬(wàn)元投資利潤(rùn)率：64.5/300=21.5%投資回收期：300/64.5=4.65年年利潤(rùn)：6前景隨著人民生活水平的日益提高，CO2應(yīng)用領(lǐng)域不斷開(kāi)發(fā)擴(kuò)大，工業(yè)和食品等領(lǐng)域的需求將會(huì)大幅度提高，市場(chǎng)前景十分廣闊。以CO2為原料，采用化學(xué)法合成聚C。2,生產(chǎn)降解塑料，新開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保型包裝物，具有制造成本低廉，衛(wèi)生可靠，原料易得等優(yōu)勢(shì)，市